Как защититься от коррозии металла

N+1Наука

За нами не заржавеет

Как защититься от коррозии металла

Наталья Самойлова

Коррозии подвластно все: от велосипеда, который вы оставили под дождем, до мостов, самолетов и нефтяных танкеров. Нередко она становится причиной страшных аварий, а на борьбу с ее последствиями человечество каждый год тратит 3,4 процента ВВП. Вместе с Уральским федеральным университетом (УрФУ) разбираемся, с чего начинается процесс коррозии, почему нельзя сажать медную обшивку на железные гвозди и как нам могут помочь бактерии и 3D-печать.

Медь, железо и гады морские

В 1761 году сотрудники Британского адмиралтейства решились на смелый эксперимент: покрыть деревянное судно медной обшивкой. Предполагалось, что она защитит корпус и днище от моллюсков, которые нарастали вокруг киля и тормозили движение судна. Некоторые разновидности этих беспозвоночных даже протачивали деревянные доски. Медь должна была уберечь деревянный корпус, а ее уже известные к тому моменту токсические свойства — не дать моллюскам прицепиться сверху.

Полем для экспериментов стал новый 32-пушечный фрегат Alarm, спущенный на воду в 1758 году. Обшивку сделали из тонких медных листов, которые закрепили на дереве с помощью железных гвоздей. После этого Alarm снова отправился в плавание. Когда спустя два года фрегат вытащили на берег и тщательно осмотрели, выяснилось, что медная обшивка выполнила свою задачу на отлично. Деревянный корпус фрегата почти не пострадал, а слой моллюсков, наросший вокруг киля, был совсем небольшим. Но вот сама обшивка оказалась не в лучшем состоянии и местами уже буквально отваливалась — и все из-за железных гвоздей, некоторые из которых проржавели насквозь.

Инженеры, которые осматривали корабль, удивились: железные гвозди и другие детали до этого уже использовали в кораблестроении, но никогда они не выходили из строя так быстро. Более детальный осмотр выявил еще один удивительный факт: сильнее всего пострадали гвозди, которые находились с медью в непосредственном контакте, а те, что были изолированы деревом или вощеной бумагой, сохранились лучше.

Аlarm сражается против двух испанских судов. Битва происходила в 1762 году — как раз во время эксперимента с медной обшивкой. Dominic Serres / Capture of the Spanish ships Thetis and Phenix by the Alarm in the West Indies

Сотрудники Адмиралтейства сделали вывод, что медь можно использовать для защиты судов, но между слоями железа и меди необходимо делать изолирующие прокладки. Эта история — один из первых изученных и описанных в литературе случаев электрохимической коррозии металлов.

Что такое коррозия

Коррозией называют разрушение металла в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Науке известно множество видов коррозии, и все они начинаются по-разному.

Самый простой вариант коррозии — химическое окисление. В воздухе содержится 21 процент кислорода, который является сильным окислителем и всегда готов вступить в реакцию с металлами, превращая их в соответствующие оксиды. Чтобы оценить принципиальную возможность и скорость этого процесса, нужно учесть активность конкретного металла, давление кислорода и температуру.

Самые активные щелочные металлы — литий, натрий и другие — мгновенно вступают в бурную реакцию с кислородом, поэтому в лабораториях их хранят под слоем керосина. Благородные металлы, например золото и платина, не окисляются даже при самых высоких температурах. Платиновые тигли можно использовать для проведения термогравиметрического анализа при температурах вплоть до 1600 градусов Цельсия.

Остальные металлы располагаются где-то между этими крайними случаями. Например, железо (Fe) начинает активно реагировать с кислородом воздуха при температуре выше 200 градусов Цельсия, а без нагревания реакция идет медленно. Слой оксида, появившийся на поверхности металла, дополнительно ее замедляет: новым молекулам кислорода становится труднее добраться до поверхности металла. Поэтому в сухом воздухе конструкции из железа и близких по активности металлов сохраняются достаточно хорошо.

Но все меняется, когда в дело вступает вода.

Просто добавь воды

Как правило, на металлических конструкциях встречаются детали, выполненные из другого металла или сплава, например заклепки и сочленения. Во время погружения в воду место контакта двух металлов работает как гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока. Никакие провода для этого не требуются — точнее, проводником выступает вся металлическая конструкция. Более активный (с более низким электродным восстановительным потенциалом) металл становится «анодом»: он передает часть электронной плотности другому металлу, а сам начинает растворяться, переходя в состояние катиона. Менее активный металл выступает в роли «катода»: полученные электроны на нем используются для восстановления кислорода.

Затем два новых иона, катион металла и кислородсодержащий анион, соединяются и образуют гидроксид или оксид. Второй металл, как правило, в химические превращения не вступает и остается только проводником электронов. При этом образующийся оксид постоянно находится в контакте с жидкостью. Вода с растворенным кислородом может проникать под слой оксида и взаимодействовать с ним, и тогда реакция продолжается. Как раз такой процесс и произошел в обшивке фрегата Alarm: катодом стала медь, а анодом — железные гвозди.

Нежелательный гальванический элемент может образоваться и на однородной металлической конструкции — возле дефекта, шероховатости или загрязнения. Все подобные процессы относятся к электрохимической коррозии.

Если металл взаимодействует с растворами кислот, коррозия происходит еще быстрее. В этом случае необязательно, чтобы разные металлы соседствовали друг с другом: металл может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с катионами водорода H

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Во II тысячелетии до нашей эры британское олово попало на Ближний Восток Во II тысячелетии до нашей эры британское олово попало на Ближний Восток

Во II тысячелетии до н. э олово поступало из Британии на Ближний Восток

N+1
Все без ума от «Уэнсдэй»: как Тим Бертон променял кино на сериалы и заново обрел всеобщую любовь Все без ума от «Уэнсдэй»: как Тим Бертон променял кино на сериалы и заново обрел всеобщую любовь

В чем успех сериала «Уэнсдэй»?

Правила жизни
Бактерии совершают самоубийство, чтобы спасти свою колонию от вирусов Бактерии совершают самоубийство, чтобы спасти свою колонию от вирусов

Кишечная палочка использует ранее неизвестную противовирусную систему

ТехИнсайдер
Новые имена славянского фэнтези, которые стоит знать не только поклонникам жанра Новые имена славянского фэнтези, которые стоит знать не только поклонникам жанра

Пять фэнтези циклов, которые прогремели в последние годы

Maxim
Что вас бесит больше всего: психологический тест с выбором картинки Что вас бесит больше всего: психологический тест с выбором картинки

Пройдите тест и узнайте, от чего может исходить ваша агрессия!

ТехИнсайдер
Вот одна из главных причин, почему человечество не может справиться с климатическим кризисом Вот одна из главных причин, почему человечество не может справиться с климатическим кризисом

Общество не научилось уделять достаточно внимания составлению учебников

ТехИнсайдер
Толкование снов: о чем говорит ваше бессознательное — познайте себя Толкование снов: о чем говорит ваше бессознательное — познайте себя

Способны ли мы узнать глубину нашей личности благодаря снам?

Psychologies
Когда закончились сказки: 5 книг для увлекательного чтения вместе с детьми Когда закончились сказки: 5 книг для увлекательного чтения вместе с детьми

Собрали «растущую» библиотеку полезных книг для детей

ТехИнсайдер
Селедка под шубой: история праздничного салата Селедка под шубой: история праздничного салата

Знакомимся с легендами происхождения селедки под шубой

Культура.РФ
Терпеть — не могу! Как научиться сдерживать себя и сохранять самообладание Терпеть — не могу! Как научиться сдерживать себя и сохранять самообладание

Рассказываем, как развить в себе терпение

VOICE
Фудфотография: визуальный стиль ресторана Фудфотография: визуальный стиль ресторана

За 11 лет работы фудфотографом я сталкивалась с совершенно разными проектами

Bones
Как полюбить себя? 7 шагов к здоровым отношениям с собой Как полюбить себя? 7 шагов к здоровым отношениям с собой

Познавая себя, вы можете достичь больших результатов меньшими усилиями

Psychologies
5 французских способов повысить самооценку — попробуйте сами 5 французских способов повысить самооценку — попробуйте сами

Как француженкам удается всегда оставаться довольными собой

Psychologies
Нужный из Нижнего Нужный из Нижнего

«Соболь NN» в контексте точечной застройки мегаполиса

Автопилот
«Взломать старение» «Взломать старение»

Почему теперь мы сможем жить дольше

N+1
Скажи им спасибо: кто изобрел посудомойку, стиральную машину и пылесос Скажи им спасибо: кто изобрел посудомойку, стиральную машину и пылесос

Кого благодарить за вымытую посуду, чистый пол и свежую одежду?

VOICE
Как богатые люди превратили балет Парижской оперы в бордель: секс-эксплуатация балерин в XIX веке Как богатые люди превратили балет Парижской оперы в бордель: секс-эксплуатация балерин в XIX веке

Раньше выступления рассматривались как смотрины балерин для богатых людей

ТехИнсайдер
Сорняки в электрохимии Сорняки в электрохимии

Опасный инвазивный вид — борщевик — может служить сырьем для батарей

Наука
Рост под санкциями Рост под санкциями

2022 год стал крайне сложным для экономики, но агросектор будет в плюсе

Агроинвестор
Найдено многообещающее средство от депрессии. Секрет — в сочетании медикамента и компьютерной программы Найдено многообещающее средство от депрессии. Секрет — в сочетании медикамента и компьютерной программы

Как простые упражнения на компьютере могут помочь в лечении депрессии

Psychologies
Скажите «А» Скажите «А»

Если глаза – зеркало души, то язык – определенно тела

Grazia
Что такое Стокгольмский синдром? Что такое Стокгольмский синдром?

Почему развивается Стокгольмский синдром и почему у него такое название?

ТехИнсайдер
Психология проклятий: как не стать жертвой темной магии Психология проклятий: как не стать жертвой темной магии

Где магия, а где психология? И как же защититься от темной энергии?

Psychologies
«Письмо молодому мне»: трогательное послание футболиста Пеле «Письмо молодому мне»: трогательное послание футболиста Пеле

В 2016 году Пеле написал откровенное послание — самому себе в юности

Psychologies
Как главная звезда фильмов 1990-х Кёрсти Элли лишилась контрактов, славы и красоты из-за обжорства Как главная звезда фильмов 1990-х Кёрсти Элли лишилась контрактов, славы и красоты из-за обжорства

История борьбы Кёрсти Элли с лишним весом

VOICE
Приносят в жертву оленей и готовят белые блюда: 10 удивительных фактов о новогодних обычаях народов России Приносят в жертву оленей и готовят белые блюда: 10 удивительных фактов о новогодних обычаях народов России

Интересные новогодние обычаи из книги «Страшный, таинственный, разный Новый год»

ТехИнсайдер
Все будет хорошо. Сююмбике Давлет-Кильдеева — о надежде и правде Все будет хорошо. Сююмбике Давлет-Кильдеева — о надежде и правде

Сююмбике Давлет-Кильдеева — о том, что на самом деле значит «все хорошо»

РБК
Бурлаки и федерация Бурлаки и федерация

Как появилась и почему исчезла ЗСФСР

Наука
«Москвичи» в кинематографе «Москвичи» в кинематографе

Какую роль сыграли «Москвичи» в любимых кинолентах?

Культура.РФ
Флажки на верёвочке Флажки на верёвочке

Зимы XX века – в детских воспоминаниях наших героев

Новый очаг
Открыть в приложении